This paper presents an explicit analytical iteration method for form-finding analysis of suspension bridges. By extending the conventional analytical form-finding method predicated on the elastic catenary theory, two nonlinear governing equations are derived for calculating the accurate unstrained lengths of the entire cable systems both the main cable and the hangers. And for the gradient-based iteration method, the derivation of explicit calculation for the Jacobian matrix while solving the nonlinear governing equation enhances the computational efficiency. The results from sensitivity analysis show well performance of the explicit Jacobian matrix compared with the traditional finite difference method. According to two numerical examples of long span suspension bridges studied, the proposed method is also compared with those reported approaches or the fundamental criterions in suspension bridge structural analysis, which eventually confirms the accuracy and efficiency of the proposed approach.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1996.10a
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pp.105-112
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1996
A practical approach for the assessment of system reliability-based safety and load carring capacity under vehicle traffics is proposed for the realistic evaluation of safety and rating of cable-stayed bridges. A partial event tree analysis model incorporating major critical failure paths is suggested as a practical tool for the system reliability analysis and system reliability-based capacity rating. The proposed approach for the system reliability analysis and system reliability-based rating is applied to the safety assessment of the Jindo Bridge which is one of two existing cable-stayed bridges in Korea. The results of analyses at the system level based on the system reliability are compared with those at the element level.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.993-1000
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2006
Practical stability design method of main members of cable-stayed bridges is proposed and discussed through a design example. For this purpose, initial tensions of stay cables and axial forces of main members are firstly determined using initial shaping analysis of bridges under dead loads. And then the effective buckling length using system elastic/inelastic buckling analysis and bending moments considering $P-{\delta}-{\Delta}$ effect by second-order elastic analysis are calculated for main girder and pylon members subjected to both axial forces and moments, respectively. Particularly, load combinations of dead and live loads, in which maximum load effects due to live loads are obtained, are taken into account and effects of live loads on effective buckling lengths are investigated.
By taking the Runyang Highway Bridge over the Yangtze River with 1490 m main span as example, structural response of the bridge under the horizontal and vertical seismic excitations is investigated by the response spectrum and time-history analysis of MIDAS/Civil software respectively, the seismic behavior and the influence of structural nonlinearity on the seismic response of the bridge are revealed. Considering the aspect of seismic performance, the suitability of employing the suspension bridge in super long-span bridges is investigated as compared to the cable-stayed bridge and cable-stayed-suspension hybrid bridge with the similar main span. Furthermore, the effects of structural parameters including the span arrangement, the cable sag to span ratio, the side to main span ratio, the girder height, the central buckle and the girder support system etc on the seismic performance of the bridge are investigated by the seismic response spectrum analysis, and the favorable earthquake-resistant structural system of suspension bridges is also discussed.
Cable-girder anchorage joint is the critical part of cable-supported bridges. Tensile-plate anchorage (TPA) is one of the most commonly used types of cable-girder anchorage joints in steel girder cable-supported bridges. In recent years, it has been proposed by bridge designers to apply TPA to concrete girder cable-supported bridges to form composite cable-girder anchorage joint (CCGAJ). In this paper, the mechanical performance of CCGAJ under tensile force is studied through experimental and numerical analyses. Firstly, the effects of the external prestressing (EP) and the bearing plate (BP) on the mechanical performance of CCGAJ were investigated through three tests. Then, finite element model was established for parametrical study, and was verified by the experimental results. Then, the effects of shear connector forms, EP, BP, vertical rebar rate, and perforated rebar rate on the tensile capacity of CCGAJ were investigated through numerical analyses. The results show that the tensile capacity of CCGAJ depends on the first row of PR. The failure mode of CCGAJ using headed stud connectors is to form a shear failure surface at the end of the studs while the failure mode using PBLs is similar to the bending of a deep girder. Finally, based on the strut-and-tie model (STM), a calculation method for CCGAJ tensile capacity was proposed, which has a high accuracy and can be used to calculate the tensile capacity of CCGAJ.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.13
no.2
s.54
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pp.129-136
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2009
The paper presents an algorithm of selecting optimal locations for measuring displacements(OLD) to adjust cable tension forces during the construction of cable-stayed bridges. The rank for optimal locations can be determined from the effective independence distribution vectors(EIDV) that are computed from the Fisher Information Matrices(FIM) formulated with the displacement sensitivities. To examine the efficiency and reliability of the proposed algorithm for determining OLD, a simulation study on a cable-stayed bridge has been carried out. The results using FIM formulated with displacements are compared with those using FIM with displacement sensitivities through the simulation study. The effects of measurement noise and error in cable length on the adjustment of cable tension forces are evaluated statistically by applying the Monte Carlo scheme.
Excessive stay cable vibrations can cause severe problems for cable-stayed bridges. In this paper a semiactive Magnetorheological (MR) damper is investigated to reduce cable vibrations. The control-oriented cable-damper model is first established; a computer simulation for the cable-damper system is carried out; and finally a MR damper is experimentally used to reduce the cable vibration in a laboratory environment using a semiactive control algorithm. Both the simulation and experimental results show that the semiactive MR damper achieves better control results than the corresponding passive damper.
Kim, Seungjun;Shin, Do Hyoung;Choi, Byung Ho;Kang, Young Jong
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.6A
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pp.327-336
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2012
This study presents the effects of various geometric properties on the ultimate behavior of steel cable-stayed bridges. In general, cable-stayed bridges are well known as a very efficient structural system, because of those geometric characteristics, but at the same time, the structure also shows complex structural behavior including various nonlinearities which significantly affect to the ultimate behavior of the structure. In this study, the effects of various geometric properties of main members on the ultimate behavior under specific live load cases, which had been studied in previous studies, were investigated using a rational analytical method. In this parametric study, sectional dimensions of main members were considered as main geometric parameters. For the rational ultimate analysis under specific live load cases, the 2-step analysis method, which contains initial shape analysis and live load analysis, was used. As the analysis model, 920.0 m long steel cable-stayed bridges were used and two different types of cable arrangement were considered to study the effect of the cable arrangement types. Through this study, the effects of various geometric properties on the characteristics of the ultimate behavior of steel cable-stayed bridges were intensively investigated.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.7
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pp.88-94
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2018
This study examined the safety of a cable stayed bridge caused by damage to the cable system. Many cable-supported bridges, including cable-stayed bridges and suspension bridges, have been constructed on the Korean peninsula. This requires efficient maintenance and management because this structure has complex structural components and systems. This large structure also often faces risks either from manmade causes or natural phenomena. In 2015, the cables on one cable-stayed bridge in South Korea was struck by lightning, which led to a fire on the cables. These cables were damaged, which put the bridge at risk. This bridge was back in use after a few weeks of investigations and replacements of the cables but this was done at enormous social and economic expense. After this event, risk-based management for infrastructure is required by public demand. Therefore, this study examined the risks on the cable system due to potential damage. In this paper, a one cable-stayed bridge in South Korea was selected and its safety was investigated based on the damage scenarios of cable system for efficient and prompt management, and to support decision making. FEM analysis was conducted to evaluate the safety of the bridges after damage to the cable system.
The stability of cable-stayed bridges is an important factor considered during design. In recent years, the novel spatial diamond-shaped bridge pylon has shown its advantages in various aspects, including the static response and the stability performance with the development of cable-stayed bridge towards long-span and heavy-load. Based on the energy approach, this paper presents a practical calculation method of the completed state stability of a cable-stayed bridge with two spatial diamond-shaped pylons. In the analysis, the possible transverse buckling of the girder, the top pylon column, and the mid pylon columns are considered simultaneously. The total potential energy of the spatial diamond-shaped pylon cable-stayed bridge is calculated. And based on the principle of stationary potential energy, the transverse buckling coefficients and corresponding buckling modes are obtained. Furthermore, an example is calculated using the design parameters of the Changtai Yangtze River Bridge, a 1176 m cable-stayed bridge under construction in China, to verify the effectiveness and accuracy of the proposed method in practical engineering. The critical loads and the buckling modes derived by the proposed method are in good agreement with the results of the finite element method. Finally, cable-stayed bridges varying pylon and girder stiffness ratios and pylon geometric dimensions are calculated to discuss the applicability and advantages of the proposed method. And a further discussion on the degrees of the polynomial functions when assuming buckling modes are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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